Schlüssel-Schloss-Prinzip oder das Prinzip Itoklanoz.

Itoklanoz oder das Topf – Deckel Prinzip.

Ein Enzym katalysiert die Reaktion von zwei Substraten, um ein neues Produkt zu erstellen.

Beim Schlüssel-Schloss Prinzip (oft auch: Schloss-Schlüssel-Prinzip) gibt es ein „Schloss“, in das meist nur ein „Schlüssel“ passt. Damit sind jeweils Moleküle gemeint. Es können auch mehrere „Schlüssel“ in ein „Schloss“ passen. Das ist der Fall, wenn mehrere Moleküle („Schlüssel“) eine komplementäre (ergänzende) Struktur zu einem anderen Molekül („Schloss“) haben. Beim Schlüssel Schloss Prinzip verbinden sich also mindestens zwei Moleküle miteinander. Das Schlüssel Schloss Prinzip ist bedeutungsvoll, weil viele Moleküle erst ihrer Funktion nachgehen können, wenn sie sich mit ihrem passenden Gegenstück verbunden haben. Du hast vom Schlüssel Schloss Prinzip wahrscheinlich meistens im Zusammenhang mit Enzymen gehört. Durch das Schlüssel Schloss Prinzip kann sich ein Enzym-Substrat-Komplex bilden.

Für deine Haustür benötigst du einen bestimmten Schlüssel. Bei der Bildung eines Enzym-Substrat-Komplexes ist das genauso. Ein Substrat bindet an das aktive Zentrum eines Enzyms. In das aktive Zentrum des Enzyms passen aber nur ganz bestimmte Substrate. Deshalb bezeichnest du das Enzym auch als substratspezifisch. Aber wie erkennt das Enzym das passende Substrat?

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„Schlüssel – Schloss“ Prinzips zeigt das Prinzip. Das Enzym ist dabei dein Schloss und das Substrat der Schlüssel. Das aktive Zentrum des Enzyms hat eine bestimmte molekulare Struktur. Es kann nur das Substrat an das Enzym binden, welches die komplementäre molekulare Struktur zum aktiven Zentrum hat. Das bedeutet, das Substrat muss genau die gegenteilige Form zum aktiven Zentrum des Enzyms haben. Nur dann kann sich das Substrat an das Enzym binden. Dadurch setzt das Enzym dann das Substrat um und katalysiert (beschleunigt) eine bestimmte Reaktion. Da das Enzym nur eine bestimmte Reaktion katalysiert, nennst man es auch wirkungsspezifisch. Somit entstehen ein oder mehrere Produkte. Das bedeutet, dass das Enzym erst seiner Funktion als Katalysator nachgehen kann, wenn das passende Substrat an sein aktives Zentrum gebunden hat.

Enzymhemmung durch Schlüssel Schloss Prinzip.

Nicht nur Substrate können an das Enzym binden, sondern auch Hemmstoffe (Inhibitoren). Hier gibt es zwei Arten: den kompetitiven Hemmstoff und den allosterischen Hemmstoff.

Der kompetitive Hemmstoff bindet an das aktive Zentrum und der allosterische Hemmstoff an das allosterische Zentrum eines Enzyms. Das allosterische Zentrum ist, neben dem aktiven Zentrum, ein weiteres Zentrum am Enzym. Der kompetitive Inhibitor hat also auch die komplementäre Struktur zum aktiven Zentrum des Enzyms. Deshalb kann er an das aktive Zentrum des Enzyms binden.

Der allosterische Hemmstoff besitzt die komplementäre Form zum allosterischen Zentrum des Enzyms. Auf diese zwei unterschiedlichen Arten kann das Enzym gehemmt werden. Sie möchten wissen, wie die allosterische Hemmung funktioniert? Dann schauen Sie das Video dazu an!

Induced-Fit-Modell.

Manchmal passen Enzyme die Form ihres aktiven Zentrums an das Substrat an. Dabei bindet das Substrat an das aktive Zentrum, obwohl die Formen noch gar nicht zusammenpassen. Erst nach der Bindung des Substrats nimmt das aktive Zentrum des Enzyms die komplementäre Struktur zum Substrat an. Dieser Prozess läuft nach einem Modell ab, das du Induced-Fit-Modell nennst.

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Schlüssel Schloss Prinzip beim Immunsystem.

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Antikörper bewahren sie vor Krankheiten, indem sie fremde Moleküle binden. Die fremden Moleküle werden Antigene genannt. Antikörper binden die Antigene an ihre Antigenbindungsstelle. Die Antigenbindungsstelle ist spezifisch für gewisse Antigene. Auch hier passen also nur bestimmte Antigene auf einen Antikörper. Für eine Bindung muss die molekulare Struktur des Antigens komplementär zur molekularen Struktur des Antikörpers sein. Deshalb können Sie den Antikörper als Schloss und das Antigen als Schlüssel bezeichnen. Durch die Bindung des Antigens an den Antikörper verändert sich die Struktur des Antigens. Deswegen können die Antigene nicht mehr an eine Körperzellen andocken und ihre schädliche Funktion nicht mehr ausüben. Die Antikörper schützen somit vor vielen Krankheiten wie zum Beispiel vor einer Infektion durch Viren.

Bei Corona braucht es dazu bei den meisten Menschen einen Impfstoff, damit das Immunsystem (Schlüssel-Schloß-Prinzip) zuverlässig arbeitet.

Das Schlüssel-Schloss-Prinzip beschreibt die Funktion von zwei oder mehreren komplementären Strukturen, die räumlich zueinander passen müssen, um eine bestimmte biochemische Funktion erfüllen zu können. Dieses Prinzip wurde 1894 von Emil Fischer hypothetisch beschrieben am Beispiel der spezifischen Bindung zwischen Enzym und Substrat.^[1] Eine schwache, nicht-kovalente Wechselwirkung führt zu einem relativ stabilen Übergangszustand (Komplex) von Ligand (Gast) und Rezeptor (Wirt), dessen relative Bindungsstärke man als Affinität bezeichnet. Eine etwas zeitgemäßere Ausdrucksweise spricht vom Induced-fit-Konzept (Hand-im-Handschuh-Prinzip), um der konformativen Flexibilität chemischer Verbindungen Rechnung zu tragen. Oft ist es nur ein Teil der Gesamtstruktur des Liganden (vergleiche: Pharmakophor) bzw. des Rezeptors, der in die Komplexbildung einbezogen ist, der andere Teil mag funktionell irrelevant bleiben.

Beispiele:

Biochemie: Transmitter oder Modulatoren lösen am Rezeptor biochemische Prozesse aus, diese können auch durch z. B. Arzneistoffe oder Drogen exogen simuliert oder antagonisiert werden.
Endokrinologie: Die Wechselwirkung zwischen den meist zellständigen Hormonrezeptoren und Hormonen lösen entsprechende Signalketten aus, die die Funktion der Zelle beeinflussen, wie auch ihre Differenzierung.
Enzymologie: Ein Enzym erleichtert eine biochemische Reaktion indem es die biogenen Reaktanten im Komplex zusammenführt. Obwohl die räumliche Struktur der Substratbindungsstellen des Enzyms genetisch festgelegt ist, kann es infolge der Substratbindung zu komformativen Strukturveränderungen im Enzym kommen, die die katalytische Effektivität erhöhen oder erst ermöglichen.
Immunologie: Das komplexe gleichzeitige Zusammenspiel mehrerer komplementärer Strukturen an der Grenzfläche von Antigen-präsentierenden und Antigen-erkennenden Zellen bildet die Voraussetzung für die spezifische Antigenerkennung (bzw. genauer die Epitoperkennung). Für eine genauere Beschreibung siehe Antigenpräsentation.
Bei Geschäfts-Modellen (Idee – Funktion – Markt – Kunde)
Wesen des Geldes.
Wirtschaft – Recht – Steuer.
Politik
Marketing – Soziale Medien.
Vision – Leitbild – Mission.
Komplementarität-Prinzip.

Weiterhin zur Geltung kommt das Schlüssel-Schloss-Prinzip in folgenden Beispielen:

Alle Zellen in Zellverbänden (Gewebe, Organe) besitzen an ihrer Zelloberfläche Strukturen und komplementäre Gegenstrukturen, die Teil der Kommunikation zwischen den Zellen sind und zum strukturellen und funktionellen Zusammenhalt beitragen.
Voraussetzung für die Antigenerkennung ist die Kommunikation zwischen den Immunzellen über komplementäre Strukturen, um zwischen „Eigen“ und „Fremd“ zu unterscheiden.
Immunzellen, die im Körper zirkulieren, benötigen Oberflächenstrukturen, um spezifisch von Ort zu Ort und zurück zu ihrem Ausgangsort (Homing) zu „finden“.
Spermien müssen bestimmte Glykoproteine an der Oberfläche der Eizelle vorfinden, um in sie einzudringen.
Viren benötigen spezifische komplementäre Strukturen („Andockstellen“), um ihren Wirt zu infizieren.

Viele diagnostische Nachweisverfahren beruhen auf dem Schlüssel-Schloss-Prinzip (z. B. Blutgruppendiagnostik, Gewebetypisierung, Infektionsdiagnostik, DNA-Diagnostik).